ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ

ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ, телевидение, в к-ром осуществляется передача цветных изображений. Донося до зрителя богатство красок окружающего мира, Ц. т. позволяет сделать восприятие изображения более полным.

Принцип передачи цветных изображений в телевидении основан на теории трёхкомпонентности цветового зрения. Многообразие природных цветов можно воспроизвести оптически с помощью 3 основных цветов (см. Цветовые измерения). В соответствии с этим принципом в цветной телевизионной передающей камере с помощью 3 светофильтров -красного, зелёного и синего - создают на светочувствительных мишенях передающей телевизионной трубки 3 одноцветных оптич. изображения объекта передачи, к-рые затем преобразуют в 3 линейных видеосигнала E_R, Е_G, Е_B, пропорциональных соответственно красной (R), зелёной (G)и синей (В) составляющим цвета, считываемого в процессе развёртки изображения. Для формирования телевизионного сигнала и передачи его в канал связи в системах Ц. т. применяют специальные методы кодирования цветовой информации. В цветном телевизоре видеосигналы выделяются (путём декодирования) из телевизионного сигнала; поступая на кинескоп, они управляют яркостью свечения его люминофоров. Так, в наиболее распространённом трёхцветном трёхлучевом кинескопе с теневой маской видеосигналы подаются одновременно на управляющие электроды (модуляторы) трех электронных прожекторов. В результате ток электронных лучей изменяется в соответствии с изменением амплитуды видеосигналов. Люминофоры на экране цветного кинескопа наносятся обычно в виде мозаики из небольших кружков (люминофорных пятен ), сгруппированных в триады (рис. 1). Триада содержит

Рис. 1. Принцип получения цветного изображения в кинескопе; _П1, П₂, П₃ - электронные прожекторы; ЭЛ,, ЭЛ₂, ЭЛ₃ - электронные лучи; М -теневая маска; Э -экран кинескопа; R, G, В - люмино-форные пятна с цветами свечения соответственно красным, зелёным и синим.

три кружка люминофоров, каждый из к-рых под действием электронных лучей начинает светиться определённым (присущим ему) цветом: красным (R_П), зелёным (G_П) или синим (В_П). Благодаря экранирующему действию маски лучи возбуждают в триадах люминофоры только "своего" цвета. Т. о., каждый из лучей порознь позволяет получить на экране красный, зелёный или синий цвет, а вместе эти лучи создают изображение, цвет к-рого определяется соотношением яркостей красного, зелёного и синего цветов свечения. Путём аддитивного сложения последних получают любой цвет в пределах треугольника осн. цветов приёмника на хроматич. диаграмме (рис. 2). Для правильного цветовоспроизведения в канал передачи при необходимости вводится преобразователь линейных видеосигналов в видеосигналы осн. цветов приёмника-матричный цветокорректор. В целях компенсации нелинейности характеристик передающей и приёмной телевизионных трубок линейные видеосигналы Е_я> Еа, Ев, кроме линейной матричной коррекции, подвергаются нелинейной коррекции (т. н. гамма-коррекции), в результате к-рой формируются нелинейные видеосигналы E_R, Е_G, Е_B, согласно формулам:

ной характеристики кинескопа. Сигналы E‘_R, Е‘_G, Е‘_B, - широкополосные, спектр каждого из них занимает полосу частот до 6 Мгц.

Рис, 2. Хроматическая диаграмма X Y Z с указанием треугольника основных цветов приёмника - красного R_П(с координатами: х = 0,640; у = 0,330), зелёного Gn (0,290; 0,600) и синего Вп (0,150; 0,060); D6500 - опорный (равносигналь-ный) белый цвет (с координатами: х = 0,313; V = 0,329).

Формирование н передача сигналов Ц. т. Видеосигналы E‘_R, Е‘_G, Е‘_B, могут быть переданы в приёмник последовательно (поочерёдно) один за другим либо одновременно. Известна система Ц. т. с п о-следовательной передачей цветовых полей, при этом частота полей составляет 150 гц. Этой системе присущ ряд недостатков, гл. из к-рых -неэкономичность, т. к. при такой передаче требуется канал связи с полосой пропускания, втрое превышающей полосу частот стандартной системы чёрно-белого телевидения; цветной ореол (окаймление) изображений при быстром перемещении объектов передачи; "разрывы" цветов, возникающие при перемещении взгляда по экрану. По этим причинам такая система не используется для телевизионного вещания, она применяется (благодаря её простоте) для нек-рых прикладных целей (напр., для передачи изображений полостных органов тела; см. Эндоскопия). В системах Ц. т. с одновременной передачей в общем случае также требуется 3 стандартных телевизионных канала или 1 широкополосный канал с полосой пропускания 3-6 = 18 Мгц. По этой причине трёхканальная система Ц. т. с одновременной передачей несовместима со стандартной системой чёрно-белого телевидения. Поскольку совместимость - одно из осн. технико-экономических требований, предъявляемых к вещательным системам Ц. т., для его удовлетворения применяют различные методы уплотнения спектра передаваемого сигнала (см. Линии связи уплотнение) с тем, чтобы телевизионный сигнал одной программы Ц. т. имел спектр частот до 6 Мгц. Один из таких методов, используемый во всех стандартных системах Ц. т., заключается в том, что вместо широкополосных сигналов E‘_R, Е‘_G, Е‘_B, с помощью спец. кодирующих матричных устройств (КУ; см, рис. 3,а) формируются след, сигналы: 1) сигнал яркости E‘_Y, равный Е‘_R + B, E‘_G + бE‘_B и несущий информацию только о распределении яркости передаваемой сцены (коэфф. а = 0,30; Р = 0,59; 6 = = 0,11, определены на основе колори-метрич. расчётов); он характеризуется полосой частот 6 Мгц; 2) цветораз-ностные сигналы E‘_R-Y= Е‘_R -- Е‘_Y И E‘_B-Y =Е‘_B - E‘_Y, содержащие информацию о цветности передаваемой сцены; характеризуются полосой частот от 0,5 до 1,5 Мгц и передаются на подне-сущих частотах, размещаемых в спектре сигнала яркости.

Рис. 3. Упрощённая структурная схема совместимой системы цветного телевидения с передачей сигналов яркости и цветности в одном (уплотнённом) спектре частот (а) и условное изображение спектра полного телевизионного сигнала, формируемого в такой системе (б): ПС - объект передачи (передаваемая сцена); СДО - светоделительная оптическая система; ПТТ - передающие телевизионные трубки; ГК - цветовые Гамма-корректоры; КУ - кодирующее устройство; ДКУ -декодирующее устройство; К - кинескоп; ER, Ее, Ев- видеосигналы на выходе ПТТ; Е‘в, Е‘с, Е‘в - видеосигналы на входе КУ и входе К; E‘Y - сигнал яркости; С/ц - сигнал цветности; f - частота колебаний.

В КУ осуществляется также амплитудная или частотная модуляция колебаний поднесущей частоты цветоразностны-ми сигналами, в результате образуется сигнал цветности Uц. Сигналы E‘_Y, U_Ц, синхроимпульсы Uс и импульсы цветовой синхронизации Uцс, складываясь, образуют на его выходе полный цветовой телевизионный сигнал еп (рис. 3,6). При передаче опорного белого цвета (в качестве такого в Ц. т. принято излучение стандартного источника Д65оо, где индекс 6500 обозначает цветовую темп-ру в К) видеосигналы, подаваемые на вход КУ, удовлетворяют условию: E‘_R = Е‘_G = Е‘_B= 1; для опорного белого цвета E‘_Y= 1 и E‘_R-Y = = E‘_B-Y = 0.

Получение цветного изображения в приёмнике. В цветном телевизоре полный сигнал еп с выхода видеодетектора подаётся на декодирующее устройство, состоящее из полосового электрического фильтра (ПЭФ), детекторов колебаний поднесущей частоты (ДПК) и декодирующей матрицы (ДМ). С помощью ПЭФ из сигнала е_п выделяется сигнал Uц + Uцс, поступающий на вход ДПК, на выходе к-рых получают цветоразностные сигналы E‘_R-Yи E‘_B-Y.Из этих сигналов и сигнала яркости E‘Y образуются видеосигналы осн. цветов приёмника E‘_R Е‘_G Е‘_B, к-рые подаются на трёхлучевой кинескоп. Иногда цветоразностные сигналы E‘_R-Y, E‘_G-Y, E‘_B-Y(второй получают, складывая в определённых пропорциях первый и третий) подают непосредственно на управляющие электроды (модуляторы) кинескопа, а сигнал яркости - на его катоды. В этом случае матрицирование осуществляется в прожекторах кинескопа, и в конечном итоге электронные лучи также модулируются сигналами E‘_R, Е‘_G, Е‘_B. При воспроизведении опорного белого цвета на экране кинескопа создается эталонный (равносигнальный) цвет Дезоо.

Историческая справка. В 1907-08 рус. инж. И. А. Адамиан предложил метод одновременной передачи цветовых кадров, а в 1925- систему трёхцветного телевидения с последовательной передачей цветовых полей с помощью развёртывающего диска П. Нипкова (технически реализована англ, изобретателем Дж. Бэрдом в 1928). В 1929 в лаборатории "Америкам телефон энд телеграф ком-пани" (США) демонстрировалась одновременная система Ц. т. с механич. развёрткой; в ней для передачи сигналов пользовались тремя независимыми каналами. В 1929 сов. инж. Ю. С. Волков предложил применять в приёмнике Ц. т. электроннолучевую трубку с тремя экранами; оптич. совмещение трёх цветоде-лённых изображений (в основных цветах R, G и В) осуществлялось с помощью полупрозрачных зеркал. В 1938-50 в США радиовещат. компанией Колам-бия бродкастинг систем (CBS) была разработана последоват. система Ц. т. электронного типа; с 1951 по 1953 она использовалась в США в качестве стандартной системы телевизионного вещания. Аналогичная система была разработана в СССР в 1948-53 (в 1954-56 в Москве по этой системе проводилось опытное вещание). В 1953 в США было начато цветное телевизионное вещание по системе NTSC, принятой в качестве стандартной в США (1954), Канаде (1964) и ряде др. стран Амер. континента, а также в Японии (1960). В 1958 в СССР была создана система Ц. т. с т. н. квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, совместимая с системой чёрно-белого телевидения, к-рая использовалась с 1959 для опытного телевизионного вещания. В 1966 была создана советско-французская система "SECAM = III", введённая в эксплуатацию одновременно в СССР и Франции в октябре 1967 (см. СЕКАМ). С 1967 началось цветное телевизионное вещание в ФРГ, Великобритании, Нидерландах и др. странах Западной Европы, а также в Австралии по системе PAL, разработанной в 1962-66 в ФРГ.

Краткое описание стандартных систем Ц. т. Известны (1978)3 стандартные системы Ц. т.: СЕКАМ, NTSC и PAL. Они различаются между собой гл. обр. методами образования телевизионного сигнала.

Система СЕКАМ принята в СССР и большинстве социалистич. стран, а также во Франции и ряде стран Африки. В СЕКАМ сигнал С/ц образуется поочерёдной частотной модуляцией поднесу-щих колебаний сигналами Д‘_R = -a-E‘_R-Y и Д‘_B = a₂ E‘_B-Y (а₁ = 1,9; а₂ = 1,5) т. о., что в одних строках телевизионного кадра (напр., чётных) модуляцию производят сигналом Д‘я (центральная частота f_0R колебаний поднесущей частоты при этом равна 4,406250 Мгц), в других - сигналом Д‘в (центральная частота f_0B= 4,250000 Мгц). В результате в канале передачи в каждой строке имеется сигнал яркости E‘_Yи один из цветовых сигналов Д‘_Rили Д‘в. В приёмнике для формирования цветоразностных сигналов необходимо одновременное присутствие обоих сигналов Д‘_Rи Д‘_B. Для их совпадения во времени используется ультразвуковая линия задержки (УЛЗ): задержка производится на время развёртки одной строки (64 мксек). Благодаря используемой в СЕКАМ частотной модуляции сигнал цветности Uц относительно мало подвержен амплитудно-частотным и фазовым искажениям.

Система NTSC (от нач. букв англ, слов National Television System Committee - Национальный комитет по телевизионным системам). В системе NTSC сигнал С/ц образуется методом амплитудной балансной модуляции двух поднесущих колебаний с одинаковыми частотами f₀ = = 3,579545 Мгц видеосигналами Е‘_ко = = 0,877E_R-Y и Е‘_B0 = 0,493E_B-Y (или видеосигналами E‘_I = 0,7355E_R-Y -0,2684E_B-Y и Е‘о = 0,4776E_R-Y + 0,4133E‘_B-Y). При этом модулируемые поднесущие колебания сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90° (находятся в квадратуре). Сумма этих колебаний на выходе КУ даёт сигнал Uц, в спектре к-рого благодаря балансной модуляции отсутствуют колебания поднесущей частоты (присутствуют только боковые полосы). Сигнал Uц модулирован по амплитуде и фазе (подобная модуляция наз. квадратурной), причём амплитуда определяется насыщенностью передаваемого цвета, а фаза - цветовым тоном. Для детектирования сигнала Uц в приёмнике используются 2 синхронных детектора, на к-рые подают сигнал Uцс и колебания поднесущей частоты от местного генератора, управляемого по фазе и частоте сигналами цветовой синхронизации Uцс. Последний передаётся в полном телевизионном сигнале в виде цветовых вспышек (пакетов), размещаемых на заднем уступе строчного гасящего импульса. Достоинства системы NTSC: высокая помехоустойчивость, относит, простота кодирования и декодирования, высокая цветовая чёткость и др., осн. недостаток -большая чувствительность сигнала Uцс к амплитудно-частотным и фазовым искажениям .

Система PAL (от нач. букв англ, слов Phase Alternation Line - перемена фазы по строкам). Подобна системе NTSC; осн. отличие состоит в том, что в PAL колебания поднесущей частоты, модулируемые сигналом Е‘Я-Y, изменяют фазу от строки к строке на 180°. В приёмнике для разделения сигнала цветности на квадратурные составляющие применяется УЛЗ на 64 мксек и электронный коммутатор. Система PAL малочувствительна к фазовым искажениям, что является осн. её достоинством по сравнению с системой NTSC.

Использование Ц. т.; перспективы развития. В телевизионном вещании Ц. т. приходит на смену чёрно-белому. Ведутся разработки систем цветного стереоскопического телевидения. Технич. средства Ц. т. всё шире используются в промышленном телевидении практически во всех областях его применения. Так, при космич. исследованиях с помощью Ц. т. наблюдают за состоянием космонавтов, процессом стыковки космич. кораблей (в частности, это имело место в июле 1975 при стыковке сов. и амер. кораблей "Союз" и "Аполлон"), передают из космоса цветные изображения поверхности Земли и др. космич. объектов; в медицине Ц. т. используют, напр., при эндоскопии, а также для демонстрации хирургич. операций; перспективно применение Ц. т. в металлургии, физике, химии и т. д. Всё большее распространение получает профессиональная и любительская цветная видеозапись на магнитные носители (ленту, диск, карту); организуются выпуск массовым тиражом цветных видеозаписей на поливинилхлоридных дисках и производство сравнительно недорогих приставок к цветному телевизору для воспроизведения этих записей.

В количеств, отношении сов. телевидение развивается в направлении полного перехода на Ц. т. С этой целью организуется во всё более широких масштабах выпуск студийного и внестудийного оборудования для передачи цветных программ; с помощью синхронных спутников связи системы "Экран" и сети наземных ретрансляторов расширяется территория, охваченная цветным телевизионным вещанием. В СССР, в Москве, строится передающий телевизионный комплекс Ц. т., рассчитанный на передачу 20 программ. Перспективно создание системы передачи различных справочных данных в виде страниц, воспроизводимых на экране телевизора (система "телетекст").

В качественном отношении актуальными в Ц. т. являются такие проблемы, как переход на однотрубочную передающую камеру в сочетании с однолучевьш кинескопом на приёмной стороне и др., в стереоцветном телевидении - изыскание методов сужения полосы частот, разработка систем передачи изображений с неск. (более двух) позиций (многопозиционных систем), поиски и разработка методов голографич. телевидения. Лит.: Телевидение, под ред. П. В. Шмакова, 3 изд., М., 1970; Новаковский С. В., Цветное телевидение, М., 1975; его же, Стандартные системы цветного телевидения, М., 1976; Техника цветного телевидения, под ред. С. В. Новаковского, М., 1976. С. В. Новаковский.